電機的定子與轉(zhuǎn)子氣隙是保證電機機械旋轉(zhuǎn)的要素之一,并決定著電機的部分性能參數(shù),如起動電流及起動轉(zhuǎn)矩等;同時,電機運行過程中轉(zhuǎn)子發(fā)出的熱量也會通過定轉(zhuǎn)子氣隙在徑向或軸向傳導(dǎo)。
從電機定子與轉(zhuǎn)子的物理空間布局分析,相對于定子部分,轉(zhuǎn)子發(fā)出的熱量更難散出,并與定子繞組溫度呈正相關(guān),即轉(zhuǎn)子溫度高時,會因為熱輻射作用,電機的定子繞組溫度及溫升都會升高。
熱輻射是指物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象,是熱量傳遞的方式之一。一切溫度高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射,溫度愈高,輻射出的總能量就愈大,短波成分也愈多。由于電磁波的傳播無需任何介質(zhì),所以熱輻射是在真空中唯一的傳熱方式。
電機起動過程中,特別是對于籠型轉(zhuǎn)子電機,轉(zhuǎn)子發(fā)熱嚴(yán)重,因而循環(huán)周期工作制電機溫升控制因素較大的是籠型轉(zhuǎn)子,較大比例成分為起動過程。發(fā)生電氣故障的電機中,起動環(huán)節(jié)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷條的故障問題也不在少數(shù),一方面應(yīng)用場合頻繁正反轉(zhuǎn)重載起動,另一方面鼠籠條或多或少存在沙眼、廋條等缺陷。在不改變其他參數(shù)的前提下,適當(dāng)調(diào)整定子與轉(zhuǎn)子的氣隙值,可以有效改善電機的起動性能,并對電機溫升控制也效果明顯。
籠型轉(zhuǎn)子鐵芯的槽形對電機的起動性能影響非常大,如果適當(dāng)?shù)卦龃蠖ㄗ优c轉(zhuǎn)子的氣隙,可以降低氣隙磁導(dǎo)諧波,有效抑制電機的附加損耗,大大減小轉(zhuǎn)子對定子的熱量輻射作用。實際電機溫升偏高故障案例處理中,如果電機溫升略高,可將轉(zhuǎn)子外徑適當(dāng)車小,也就是調(diào)大定子與轉(zhuǎn)子的氣隙,這時盡管會導(dǎo)致電機的空載電流增加,但對于電機溫升控制有奇效,或者說溫升問題解決了,空載電流增加引起的副作用并不明顯。特別是對電機功率因數(shù)要求不是很高的情況,通過加大氣隙的方式確保證電機溫升指標(biāo),無疑是一個簡單有效的實用措施。
氣隙的大小,直接影響到定子與轉(zhuǎn)子間氣隙的不均勻程度,進一步對電機的機械性能產(chǎn)生較大影響。定子與轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻度達到一定水平,在電機運行時會出現(xiàn)單邊磁拉力,嚴(yán)重時導(dǎo)致定子與轉(zhuǎn)子掃膛問題,局部的摩擦過熱嚴(yán)重影響到繞組可靠性,對于電機溫升也會產(chǎn)生不良后果。
為了規(guī)避定子與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中的機械性摩擦,在條件允許的條件下,應(yīng)選擇盡可能大的氣隙長度,這時如何拿捏氣隙與各項性能指標(biāo)的關(guān)系就非常重要。因為電機定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙值與電機的性能關(guān)系極大:氣隙越大,磁阻越大,需要的勵磁電流越大,甚至并非簡單的線性關(guān)系。加大氣隙長度最直接的影響就是會使電機的功率因數(shù)變壞,因所需勵磁電流加大間接影響效率指標(biāo)??梢哉f,氣隙長度的變化牽一發(fā)而動全身,意味著電機設(shè)計原則的取向。
中小型感應(yīng)電機定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙一般僅為0.2-1.5mm,氣隙長度的取值原則就是兼顧電氣和機械性能,確保實際工藝裝備水平能夠達到預(yù)期可靠性要求。
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